PLANT SIMULATION 16 · LEARNING NOTE
基础知识手册
1. 离散事件仿真是什么
Plant Simulation 主要采用离散事件仿真：系统状态只在事件发生时改变，例如“工件到达”“加工结束”“设备故障”“维修完成”。仿真时钟可以从一个事件跳到下一个事件，不必逐毫秒计算。
适合回答的问题包括：
- 给定产品组合和设备可靠性，能否达到目标产量？
- 缓冲区多大才值得？
- 一台还是两台 AGV？
- 哪个工位导致阻塞和饥饿传播？
- 不同派工、换型或维护策略哪个更好？
它不直接证明机械结构强度、机器人毫米级可达性或 PLC 程序正确性。
2. 模型的核心元素
| 元素 | 制造含义 | 常见 Plant Simulation 表达 |
|---|---|---|
| 实体 | 工件、托盘、载具、订单 | MU、Entity、Container、Transporter |
| 资源 | 机器、工人、检具、AGV | SingleProc、ParallelProc、Worker、Transporter |
| 队列 | 工序前等待或在制品 | Buffer、Store、Line |
| 路由 | 工件下一步去哪里 | Connector、Successor、出口控制、Method |
| 事件 | 到达、完工、故障、换班 | EventController 调度的状态变化 |
| 参数 | 时间、容量、概率、班次 | 对象属性、TableFile、变量 |
| 输出 | 产量、时间、状态和成本 | 统计属性、Chart、表、报告工具 |
对象的确切名称和属性应在版本 16 的软件帮助中核对；不同许可证的工具箱内容可能不同。
3. 时间和单位
统一单位是防止“模型看起来能跑但结果错 60 倍”的关键。
- 在数据表中保留原始单位和模型单位。
- 班次长度应扣除计划休息还是由 ShiftCalendar 表达，要明确。
- 区分加工时间、装卸时间、换型时间、阻塞等待、维修时间。
- 明确 Source 的首件到达时刻和订单间隔定义。
基础关系：
理论节拍 = 可用生产时间 / 目标良品数
理论单机能力 = 可用生产时间 / 单件加工时间
平均在制品 ≈ 吞吐率 × 平均流动时间 （Little 定律，稳定系统长期平均）
可用率 A = MTBF / (MTBF + MTTR)4. 随机性与重复试验
一次随机运行只是一个样本。合理流程是：
- 固定随机种子调试，使错误可重现。
- 确定预热期，避免空系统启动偏差。
- 选择与业务一致的运行长度，例如 20 个工作日或一个订单周期。
- 使用不同随机种子做多次独立重复。
- 报告均值和不确定性，不只报告“最好的一次”。
95% 均值置信区间的常见形式：
均值 ± t(0.975, n-1) × 样本标准差 / √n当分布偏斜、事件稀少或样本量小，应增加重复或采用更合适的方法，不能机械套公式。
5. 故障建模
必须先统一故障口径：
- MTBF 是“运行时间”还是“日历时间”？
- 微停是否计入故障？
- 维修等待、备件等待是否包含在 MTTR？
- 计划维护是否单独建模？
- 故障时工件留在机器、退出还是报废？
相同可用率不代表相同影响。例如“高频短停”和“低频长停”可用率相同，但在短缓冲自动线中造成的阻塞/饥饿传播通常不同。
6. FMS 与自动线的差别
| 维度 | FMS | 自动线 |
|---|---|---|
| 产品 | 多品种、多路线 | 少品种、路线较固定 |
| 资源关系 | 多个可替代设备 | 串行和局部并行为主 |
| 关键逻辑 | 派工、换型、托盘、物流 | 节拍、可靠性、短缓冲、联锁 |
| 常见瓶颈 | 设备组、夹具、AGV 或规则 | 特定工位及故障传播 |
| 主要风险 | 动态路由死锁、换型过多 | 阻塞/饥饿、返修回流 |
| 典型决策 | 设备/AGV 数和调度 | 缓冲、冗余、可靠性改善 |
7. KPI 定义
每个 KPI 都要写公式、时间窗和统计对象。
| KPI | 建议定义 | 常见误区 |
|---|---|---|
| Throughput | 统计期内从系统合格离开的数量 | 把加工完成但未出线算作良品 |
| Cycle Time | 相邻良品离开系统的时间间隔 | 与单件 Flow Time 混淆 |
| Flow Time | 单件从进入到合格离开的时间 | 不说明是否含返修/等待 |
| WIP | 系统内工件长期时间平均数 | 只截某一时刻库存 |
| Utilization | 资源处于工作状态的比例 | 把高利用率等同高绩效 |
| OEE | Availability × Performance × Quality | 三项的口径与现场不一致 |
| Service Level | 在承诺时间内完成订单的比例 | 只看平均交期 |
设备状态建议至少分：Working、Waiting/Starved、Blocked、Failed、Setup、Paused/Off-shift。不同对象在软件中的具体状态名需以帮助为准。
8. 验证与确认
验证（Verification）：模型是否按设计逻辑运行。
- 关闭随机性后与手算比较；
- 用 1 件、2 件、10 件逐件跟踪；
- 容量设为 0/1/极大值做边界测试；
- 将故障关闭或设为必然发生；
- 对产品、数量和时间做守恒检查。
确认（Validation）：模型是否足够代表真实系统。
- 与现场工程师走查流程和异常；
- 与历史班产、WIP、设备状态占比对比；
- 用未参与校准的日期做外部验证；
- 解释偏差并取得业务人员签字/邮件确认。
一个模型可以逻辑正确但现实无效，也可以碰巧复现总产量却内部机制错误。
9. 建模层次
推荐四层：
- 概念模型：流程、边界、实体、资源、规则和 KPI。
- 最小可运行模型：固定时间、无故障、简化物流。
- 可信基准模型：加入经证实的随机性、班次、故障和质量。
- 实验模型：参数化方案，自动运行并收集响应。
3D 是展示层，不应成为逻辑层的前提。